木质素酸催化降解的研究进展

木质素的降解对生物质资源的有效使用具有重要意义。木质素储量巨大,但其分子量大且性质稳定,限制了其高效利用。目前酸催化降解木质素是较为普遍且有前景的催化方法,尤其是杂多酸催化降解,可将木质素转化为生物油。介绍了木质素的3种结构单元及木质素单体间的连接方式,从催化剂等方面阐述了国内外木质素酸催化降解的最新研究进展,并探讨了反应机理。在此基础上,针对降解过程中遇到的问题,提出了未来的研究方向。     

基于木质素优先降解策略的木质素高值化利用研究进展

木质素优先降解策略是天然木质素高效解聚生产木质素平台化合物最有效的方法之一。区别于传统木质素催化降解路径,这种催化降解策略以木质纤维素为原料,木质素在分离的同时立即与催化剂接触并完成催化降解。这种方法既省略了复杂的木质素分离步骤,又避免了木质素分离过程中的再聚合反应,可以得到高产率的木质素单体。近年来,随着多种新型催化解聚体系的不断建立与完善,这一方向的研究热点将会逐渐转移至下游转化工艺,即对木质素降解产物的高效开发利用。近期报道的很多生物质炼制工艺都描述了从木质素降解产物到高附加值产品的完整工艺流程,这其中就包括大宗化学品和精细化学品的新型生产工艺,以及基于这些中间产品所开发的高分子材料、药物分子或高值燃料的全新合成路线。基于此,笔者概述了木质素优先降解催化体系及其降解产物下游转化工艺研究的最新进展,特别是对木质素降解产物中不同组分的高值化利用进行了深入细致的讨论。根据木质素降解产物的结构特点,将其分类归纳成不同的组分,详细阐述了各组分转化为化学品、燃料和高分子材料的具体催化转化路径,并对后续研究的重点突破方向进行了展望。     

有效降解可再生资源木质素的研究进展

在常见木质素结构特征的基础上,综述了木质素常见的降解利用方法：生物法、化学法、物理法,总结了各种木质素处理方法存在的问题,并对采用物理化学复合降解法处理木质素前景进行了展望。     

木质素在异丙醇中的降解研究

采用正交试验法对有机溶剂木质素在异丙醇中的降解进行了研究,得出木质素在异丙醇中降解的较优水平为:催化剂Ru/C用量0.20 g、温度280℃、压力2.5 MPa、时间8 h。在该条件下,降解产物中生物油的产率最高可达74.13%,生物油中酚类和醇、酮以及烃类的GC含量总和接近60%。木质素原料和生物油的元素分析说明解聚过程中发生了脱氧;傅里叶红外光谱分析表明木质素的解聚过程中有酚羟基、烷基等新的结构基团产生。     

离子液体在木质素解聚领域的应用进展

由经济社会发展带来的石油等不可再生自然资源的过度使用,引发了能源危机和环境问题,所以寻找一种可再生的生物质资源作为替代品而逐渐受到重视。生物质的主要成分之一的木质素,由于富含大量的芳香族类化合物而具有转化为高附加值化学品的潜力。随着绿色环保理念的不断深化,亟需采用更绿色、更安全的方法将木质素解聚,制备高附加值的平台化合物或能源化合物,从而满足日益增长的社会需求。离子液体作为20世纪90年代发展起来的绿色溶剂,因具有众多优良特性而作为环境溶剂或反应催化剂应用于木质素分子的解聚研究中,降低了化学反应的苛刻条件,使反应在更温和的条件下进行。同时对离子液体进行回收再利用,可避免反应产生的环境污染。综述了离子液体在木质素的预处理及解聚转化等方面的研究进展,介绍了木质素分子在离子液体环境中预处理及解聚方面的机理、解聚条件和生成的产物,以及与其他类型催化剂(金属氧化物催化或复合氧化体系催化)、其他催化方法(如光催化解聚或电催化解聚)协同作用的解聚机理和特性,最后预测了未来木质素解聚领域的研究需求和方向。     

低共熔溶剂在木质素分离方面的研究进展

木质素是自然界中含量丰富的可再生芳香族聚合物,其结构复杂并与碳水化合物之间存在致密连接,这使得木质素难以高效分离。低共熔溶剂(DES)是一种新型绿色离子液体,凭借着独特的物化性质已被成功应用于木质素的溶解和分离。本文从低共熔溶剂溶解木质素及其相关机理出发,综述了低共熔溶剂分离提取木质素的研究进展,重点阐述了木质素在分离提取过程中受DES的组成、配比、酸碱度、官能团,体系的水含量,原料,反应时间、温度,外加催化剂、共熔剂及其他辅助方式的影响,并介绍了DES提取分离所得木质素产物低共熔溶剂木质素(DESL)的结构特征,最后对DES在木质素分离提取方面的研究工作进行了总结与展望。     

镍基和均相酸催化废弃木质素的溶剂热降解

采用热化学方法降解木质素生成单体和低聚体产物。通过改变溶剂和使用均相酸、镍基催化剂,促进木质素热降解,提高油收率,改善油品质。结果表明:在密封条件下,250℃反应1 h甲醇和水协同促进了木质素降解。水/甲醇/甲酸溶剂中反应的残渣率降低至14.9%,油收率提高至44.1%。添加均相酸HCl、H3PO4和非均相催化剂Ni、Ni/Si O2-Al2O3,促进了原料裂解,抑制了产物缩合,反应生成单体、二聚体为主的油产物。Ni/Si O2-Al2O3催化促进了不饱和脂肪烃的重整和含氧官能团的减少,油收率显著下降。Ni催化则能够同时获得更好的油品质和较高的油收率(41.7%)。     

铝氧单钠固体超强碱催化降解木质素的研究

为提高木质素的活性、促进木质素的高效利用,以玉米秸秆发酵制乙醇剩余物经碱溶酸沉获得的精制木质素(PL)为原料,在以异丙醇/水的混合溶剂为反应介质、液固比为10∶1(mL∶g)、铝氧单钠固体超强碱作为催化剂条件下降解PL,得到降解木质素(DL),采用正交试验优化降解条件,并对降解前后木质素进行了分析与表征。研究结果表明:优化降解条件为催化剂用量为木质素质量的20%、反应温度200℃、反应时间150 min,此时降解木质素的产率和甲醛值分别为77.5%和0.365。傅里叶红外光谱(FT-IR)、二维核磁共振(2D HSQC)、凝胶渗透色谱(GPC)和热重(TG)等分析表明:固体超强碱对木质素的催化降解很好地保留了木质素的芳香性结构;降解后DL侧链区连接键β-O-4、β-β和β-5/α-O-4含量明显降低,降解使木质素的部分Ar—O—C醚键断裂、酚羟基和醇羟基含量增加、相对分子质量和多分散性明显下降;与PL相比,DL的主热解发生温度范围变窄、最大热解速率降低。     

丁香酚在生物质半焦催化下的转化行为

以不同热解温度下制备的生物质半焦作为催化剂,在二段固定床反应器中考察木质素模型化合物(丁香酚)的转化行为,利用气相色谱质谱仪分析液体产物的成分及含量,进而考察催化反应过程中的转化路径;通过对催化反应前后的半焦结构表征,探究其结构变化对催化作用的影响.结果表明,热解温度400℃时制备的半焦(400BC)能够显著促进丁香酚...     

竹材在溶剂中的催化液化技术研究进展

比较分析了不同种类液化介质条件下竹材的催化液化特性,包括液化产率、影响因素和液化产物的应用等。其中最常用的液化溶剂为苯酚和醇类,对竹材均具有很好的催化效果,而其他液化溶剂的催化液化工艺的实际应用技术还有待进一步优化。     

新型溶剂体系下纤维素溶解机理研究进展

综述了近年来国内外学者们提出的新型纤维素溶剂体系,包括水相溶剂体系(氢氧化钠/水、碱/尿素/水和NaOH/硫脲/水、季铵盐/水和季鏻盐/水、熔融无机盐水合物)和有机溶剂体系(氯化锂/N,N-二甲基乙酰胺、离子液体、低共熔溶剂)溶解纤维素的能力及溶解机理,并探讨了不同溶剂体系的优缺点,为未来纤维素绿色溶剂开发利用提供参考。     

低共熔溶剂在木质纤维类生物质研究中的应用

低共熔溶剂(DESs)是一种新型绿色溶剂,具有蒸汽压低、合成过程简单、价格低廉、无毒、可生物降解等优点,被认为是最有发展潜力的生物质预处理试剂之一,在木质纤维类生物质领域中的研究应用逐年增加。综述了DESs在木质素、纤维素和半纤维素的溶解、改性以及利用等相关方面的研究进展,分析了DESs氢键供体和氢键受体种类、摩尔比、浓度、处理温度等条件对三大素溶解性能的影响,以及三大素在DESs中酯化、活化和降解等的研究现状。介绍了DESs预处理稻壳、玉米芯、农作物秸秆、木材等木质纤维类原料的研究现状,利用DESs预处理木质纤维类生物质主要是提取并获得高纯木质素组分,同时提高富纤维物质的葡萄糖得率和木糖得率,对DESs预处理木质纤维类生物质的机理进行了分析。重点介绍了利用DESs预处理纸浆等木质纤维类生物质制备纳米纤维素的研究进展。最后,提出了DESs在木质纤维类生物质领域研究的发展方向,以期为DESs应用于木质纤维类生物质资源化利用提供依据和参考。     

生物油热解木质素的分离与利用研究进展

热解木质素是生物油中由酚类等高值化学品组成的低聚物,热解木质素能量密度高、具有酚羟基、甲氧基等活性基团,可用于制备液体燃料、化工产品等,实现其高效分离和分级转化是高附加值利用的重要途径之一。笔者系统总结了近年来有关热解木质素的研究现状和技术进展,重点阐释了有关热解木质素分离与解聚的研究概况,并对今后的研究方向进行了探讨。     

离子液体在木质素研究中的应用

详细综述了离子液体溶解、提取木质素的研究,分析了离子液体溶解木质素的机理,讨论了不同因素对木质素提取率的影响,介绍了木质素在离子液体中不同的降解方法,并对离子液体在木质素研究中的应用进行了总结和展望。     

在Ru/C和甲酸(甲酸盐)体系中碱木质素水热解聚特性研究

在Ru/C和甲酸(甲酸盐)的共同作用下,275~350℃的亚临界水中,进行碱木质素的水热解聚反应。通过GC-MS定性分析和GC-FID定量分析,探究了供氢试剂及用量、反应温度、木质素分子级分对木质素水热解聚的影响。结果表明:在甲酸和Ru/C条件下,木质素解聚液相产物得率最高,组成较简单,具有较好催化降解效果;在甲酸添加量为0.8 mol/L,反应30 min时,木质素解聚液相产物最多,其中含量最高的单酚类物质为4-甲基愈创木酚,在主要单酚类物质中占32.77%,木质素水热解聚液相产物得率随温度升高而先增后减,并在325℃时取得峰值;L1、L2和L3是碱木质素的3个不同的分子级分,L1级分对木质素解聚液相产物得率贡献最大,达61.80%,且产物中单酚类物质总得率最高,为112.71 mg/g。其中,愈创木酚与4-甲基愈创木酚所占比例最高,可分别为35.38和35.52 mg/g;对木质素进行分级分离处理后再进行水热转化反应,有利于液相产物和单酚类物质得率的进一步提高。     

助水溶剂应用在生物质精炼领域的研究进展

将助水溶剂体系应用于生物质精炼领域是当今的研究热点之一,助水溶剂可以有效地将木质纤维组分分离,实现产物的高附加值利用,如用助水溶剂处理木质纤维原料生产生物质燃料、化学品、生物基复合材料等。综述了近年来利用助水溶剂体系分离纤维组分以及制备生物乙醇、纳米纤维素、纳米木质素及其他高附加值产品的应用研究。     

白腐菌预处理在生物质材料中的应用

白腐菌经长期的生物进化,形成了一套独特的生理生化机制和强大的降解代谢能力,在木质和非木质材料预处理中都有广泛的应用。介绍了白腐菌特点及其降解木质素机理,对近年来国内外白腐菌预处理在生物质材料改性中的应用进行综述,重点论述了白腐菌预处理在改善渗透性、提高产氢量、生物制浆、糖化和醇解、堆肥以及饲料预发酵等方面的研究进展,并提出未来白腐菌在生物质材料领域应用的研发重点,为生物质材料的合理利用提供参考。